METAL DÖKÜM YÖNTEMLERİ 1. Kum Döküm 2. Diğer Bozulabilir Kalıba Döküm Yöntemleri 3. Kalıcı Kalıba Döküm Yöntemleri 4. Dökümhane Uygulamaları 5. Döküm Kalitesi 6. Dökülebilen Metaller 7. Döküm Parça Tasarım Prensipleri 1
Döküm Yöntemlerinin İki Kategorisi 1. Bozulabilir kalıp yöntemleri kalıp, parçayı çıkarmak için dağıtılır Üstünlüğü: daha karmaşık şekiller mümkündür Eksikliği: dökümün kendisinden çok kalıbı yapma süresinin uzunluğu nedeniyle üretim hızı genellikle düşüktür 2. Kalıcı kalıp yöntemleri kalıp metalden yapılır ve çok sayıda döküm için kullanılabilir Üstünlüğü: yüksek üretim hızları Eksikliği: kalıbı açmak gerektiğinden geometriler sınırlıdır 2
Kum Döküme Genel Bakış Toplam döküm üretiminin önemli bir kısmını oluşturan, en yaygın kullanılan döküm yöntemi Çelik, nikel ve titanyum gibi yüksek sıcaklıkta eriyen hemen tüm alaşımlar kum kalıba dökülebilir Dökülen parça boyut aralığı, küçük boyuttan çok büyük boyutlara kadar uzanır Üretim miktarı bir adetten milyonlarca adede kadardır 3
Şekil 11.1 Bir hava kompresörü çerçevesine ait, 680 kg ağırlığındaki büyük bir kum döküm 4
Kum Dökümdeki Aşamalar 1. Erimiş metal kum kalıba dökülür 2. Metalin katılaşmasına yeterli süre beklenir 3. Dökümü çıkarmak için kalıp dağıtılır 4. Döküm temizlenir ve muayene edilir Yolluk ve besleyici sistemi ayrılır 5. Metalurjik özelliklerini iyileştirmek için bazen döküme ısıl işlem gerekir 5
Kum Kalıbın Yapılması Kum kalıptaki boşluk, bir model etrafında kumu sıkıştırarak ve ardından iki kalıp yarısını ayırıp modeli çıkararak oluşturulur Kalıp ayrıca yolluk ve besleyici sistemi içermelidir Eğer dökümde iç yüzeyler olması gerekiyorsa, kalıba bir maça nın eklenmesi gerekir Üretilecek her parça için yeni bir kum kalıbın yapılması gerekir 6
Kum Döküm Üretim Sırası Şekil 11.2 Kum dökümdeki işlem sırası aşamaları. Bu aşamalar, sadece döküm işlemini değil, ayrıca model yapımını ve kalıp yapımını da içerir 7
Model Dökümden sonraki soğuma esnasında meydana gelen büzülme ve işleme toleranslarını hesaba katmak için hafifçe büyütülmüş, parçanın şekli ile aynı, 3 boyutlu bir model gereklidir Model malzemeleri: Ahşap işleme kolaylığı nedeniyle en yaygın malzeme, ancak deforme olabilir Metal yapması daha pahalı, ancak daha uzun ömürlü Plastik ahşap ve metal arasında özelliklere sahip 8
Model Türleri Şekil 11.3 Kum dökümünde kullanılan model türleri: (a) Serbest model (b) Ayrık serbest model (c) Çift taraflı Levhalı model (d) Tek taraflı Levhalı modelleri 9
Maça Parçanın iç yüzeylerinin tam ölçekli modeli Dökmeden önce kalıp boşluğuna yerleştirilir Sıvı metal, dökümün iç ve dış yüzeylerini oluşturmak üzere, kalıp cidarı ile maça arasına akar ve katılaşır Dökme sırasında konumunun bozulmaması için maça desteği denilen parçalar gerekebilir. Sadece iç boşluk oluşturmak için değil, kalıbın dayanım yönünden zayıf bölgeleri ile kalıplama zorluğu olan girinti ve çıkıntılı kısımlarda da maça kullanılır. Maçalar daha fazla bağlayıcı ile ve pişirme işlemi uygulanarak üretildiklerinden daha dayanıklıdırlar. 10
Kalıp içinde Maça Şekil 11.4 (a) Maça, kalıp boşluğunda maça destekleriyle tutulur, (b) muhtemel maça tasarımı, (c) iç boşluklu döküm. 11
Kum Kalıplar ve Kum Maçalardan Beklenen Özellikler Dayanım - şeklini koruması ve sıve metal erozyonuna direnmesi için-kum tane yapısı-bağlayıcı tipi ve miktarı vs Geçirgenlik - sıcak hava ve gazların, kumdaki boşluklardan geçerek kalıp boşluğunu kolayca terketmesine izin vermek-bağlayıcı-nem mik. tane yapısı Isıl kararlılık - kalıp cidarlarının sıvı metalle temasta kırılmaya çatlamaya ve erimeye dayanması Genleşme - döküm parça kalıp içinde soğurken çatlamadan serbestçe büzülmesine izin verme kabiliyeti Tekrar kullanılabilirlik - bozulan kalıptan çıkan kumların diğer kalıpların yapımında kullanılabilirliği 12
Döküm Kumları Silika (SiO 2 ) veya diğer minerallerle karışmış silika Yüksek refrakter özellikler - yüksek sıcaklıklara dayanma kapasitesi, düşük ısıl genleşme özelliği Küçük tane boyutları, döküm parça üzerinde daha düzgün yüzey oluşturur Büyük tane boyutları, döküm sırasında gazların geçişine izin vererek, daha iyi geçirgenlik gösterir Yuvarlak tanelere göre düzensiz tane boyutları, ara kilitlenmeler sayesinde kalıbın dayanımını yükseltir Zayıflığı: ara kilitlenmeler, geçirgenliği düşürür Kumun tane biçimi, tane büyüklüğü ve dağılımı, geçirgenlik ve dayanımı belirler 13
Döküme Hazır Kum Kalıp Açık besleyici Havalandırma Döküm ağzı Üst derece Alt derece Maça (kum) Kalıp boşluğu Kapalı besleyici Kuyu Yatay yolluk Kalıp giriş ağzı Derece Düşey yolluk Kum Ayırma yüzeyi Kum 14
Döküm Kumlarıyla Kullanılan Bağlayıcılar Kum, su ve bağlayıcı kil karışımıyla birarada tutulur Tipik karışım: % 90% kum, % 3% su ve % 7 kil Diğer bağlayıcılar da kum kalıplarda kullanılır: Organik reçineler (örn. Fenolik reçineler) İnorganik bağlayıcılar (örn.sodyum silikat ve fosfat) Dayanımı ve/veya geçirgenliği dışındaki özellikleri arttırmak için bazen karışıma katkılar ilave edilir, kömür tozu, kağıt talaşı, katran vb 15
Kum Kalıp Türleri Yaş-kum kalıpları kum, kil ve su karışımı; Yaş" terimi, döküm sırasında nem içermesi anlamında dır Nem dökümde geçirgenliği kötüleştirerek ve ilave buhar oluşumuna neden olduğundan birtakım sorunlara neden olur (porozite) Kuru-kum kalıp 350-400 o C de bir fırında kurutulduktan sonra döküme geçilir. Yaş kum kalıplardaki nemin olumsuzlukları ortadan kalkar. Kuru kabuk kalıp üfleç veya ısıtıcı lambalar kullanarak, yaş kum kalıbın yüzeyinden 10-25 mm derinliği kurutmak 16
Kum Dökümde Maça Yüzmesi Döküm sırasında dökümün hatalı olmasına neden olabilecek şekilde, sıvı metalin kaldırma kuvveti, maçaları yerinden oynatabilir Maçayı kaldırmaya çalışan kuvvet = Yer değiştiren sıvının ağırlığı - maçanın kendi ağırlığı F b = W m - W c F b = yüzdürme kuvveti; W m = yer değiştiren erimiş metal ağırlığı; ve W c = maça ağırlığı Maça başı dizaynı, maça destekleri kullanımı ile maça yüzmesi önlenmeye çalışılır. 17
Kum Dökümde İşlem Sırası Maça başları Maça başları Yolluk Parçanın mekanik resmi Maça modeli levhası Üst derece levhası Maça kutuları Düşey yolluk Besleyici Derece Birleştirilmiş maça yarıları Kumlamaya hazır üst derece Kumla doldurulmuş ve model, düşey ve yatay yollukları sökülmüş üst derece Kumlamaya hazır alt derece Model çıkarıldıktan sonra alt derece Maça yerleştirilmiş alt derece Üst derece Alt derece Kapama pimleri Birleştirilmiş ve döküme hazır üst ve alt derece Kalıptan söküldüğü halde döküm; ısıl işlem görmüş Teslime hazır döküm parça 18
Diğer Bozulabilir Kalıp Yöntemleri Kabuk kalıba döküm Vakum kalıba döküm Kapalı kalıba döküm Hassas döküm Alçı kalıba döküm ve Seramik kalıba döküm 19
Kabuk Kalıplama Termoset reçine bağlayıcı ile birleştirilmiş ince kum dan oluşan kabuktan yapılan kalıba döküm yöntemi Şekil 11.5 Kabuk kalıplamada aşamalar: (1) Bir metal levhalı model veya üst ve alt derece modeli ısıtılarak, termoset reçineli ince kum içeren bir kutu üzerine yerleştirilir. 20
Kabuk Kalıplama Şekil 11.5 Kabuk kalıplamada aşamalar: (2) kum ve reçinenin sıcak model üzerine düşerek kısmen sertleşmiş, dayanıklı bir kabuk oluşturabilmesi için kutu ters çevrilir; (3) gevşek, sertleşmemiş tanelerin düşerek uzaklaşması için kutu eski haline getirilir; Kabuk 21
Kabuk Kalıplama Şekil 11.5 Kabuk kalıplamada aşamalar: (4) kum kabuk, sertleştirme tamamlanana kadar fırın içinde birkaç dakika daha ısıtılır; (5) kabuk kalıp modelden sıyrılır; 22
Kabuk Kalıplama Kabuklar Metal bilye Derece Kıskaç Şekil 11.5 Kabuk kalıplamada aşamalar: (6) Kabuk kalıbın iki yarısı, birleştirilir, bir kutu içinde çakıl veya metal bilyelerle desteklenir ve döküm gerçekleştirilir; (7) Yolluklu bitmiş ürün döküm çıkarılır 23
Kabuk Kalıplama Tüm işlemler 24
Üstünlükleri ve Zayıflıkları Kabuk kalıplamanın üstünlükleri: İnce Kum-Pürüzsüz kalıp boşluğu yüzeyi, erimiş metalin daha kolay akmasını ve daha iyi yüzey kalitesi sağlar Yüksek boyutsal doğruluk genellikle talaş kaldırma gerekmez Kalıbın kolay esneyebilir/genleşebilir oluşu, dökümdeki çatlakları en aza indirir Seri üretim için mekanize edilebilir Zayıflıkları: Daha pahalı metal model ve bağlayıcı Az sayıda parça döküm için uygun değil Parça büyüklüğü sınırlı 25
Vakum Kalıplama Kimyasal bağ yerine vakum basıncıyla birarada tutulan kum kalıp kullanır Vakum terimi, döküm işleminin kendisinden çok kalıp yapımı anlamındadır 1970 lerde Japonya da geliştirilmiştir Bu kalıplama türünde bağlayıcı kullanılmaz 26
Vakum Kalıplamada İşlem Aşamaları Şekil 11.6 (1) Model yerleştirildikten sonra üzerine bir plastik film konur; (2) kum doldurulur; (3) en üste ikinci plastik film yerleştirilir; (4) iki plastik arasına vakum uygulanır; (5) alt ve üst kalıp yarıları aynı şekilde hazırlandıktan sonra birleştirilerek kalıp oluşturulur 27
Üstünlükleri ve Zayıflıkları Vakum kalıplamanın üstünlükleri: Bağlayıcı olmadığından, kum kolayca geri kazanılır, Kum, bağlayıcı kullanılan duruma göre mekanik yeniden şartlandırma gerektirmez Kuma su karıştırılmadığından, nemle ilgili hatalar oluşmaz İnce taneli kum ve folyo kullanımı sıvı metalin akıcılığı ile parça yüzey kalitesini olumlu etkiler Gürültüsü az, çevreyi kirletmeyen ve vakumdan dolayı gaz boşluğu oluşmayan bir döküm Zayıflıkları: Görece yavaş proses Mekanizasyona kolayca uyarlanamaz Parça boyutu sınırlı 28
Genleşen Polistiren Yöntemi (Kapalı Kalıp) Erimiş metal kalıba döküldüğünde buharlaşan bir polistiren köpük model çevresine sıkıştırılmış kum kalıp kullanır Diğer isimleri: kayıp-köpük yöntemi, kayıp model yöntemi, buharlaşan köpük yöntemi ve dolu kalıba döküm yöntemi Polistiren köpük model, düşey ve yatay yolluklar, besleyiciler ve (gerekirse) iç maçalardan oluşur Kalıbın alt ve üst derece kesitlerinin açılması gerekmez Daha serbest parça dizaynı Karmaşık model hem büyük hem küçük parça Az sayıda büyük parça dökümüne uygun 29
Genleşen Polistiren Yöntemi Köpükten döküm ağzı ve düşey yolluk Köpük model Refrakter bileşenin püskürtülmesi Şekil 11.7 Genleşen polistiren döküm yöntemi: (1) polistiren model, refrakter bileşenle kaplanır; 30
Genleşen Polistiren Yöntemi Model çevresine sıkıştırılmış kum Kalıp kutusu Şekil 11.7 Genleşen polistiren döküm yöntemi: (2) köpük model bir kalıp kutusuna yerleştirilir ve modelin çevresine kum sıkıştırılır 31
Genleşen Polistiren Yöntemi Erimiş metal, köpüğü buharlaştırır ve yerine geçer Şekil 11.7 Genleşen polistiren yöntemi: (3) erimiş metal, modelin döküm ağzı ve düşey yolluğu oluşturan kısmına dökülür. Metal kalıba girdikçe, ilerleyen sıvının önündeki polistiren köpük buharlaşır, böylece kalıp boşluğu dolar 32
Üstünlükleri ve Zayıflıkları Genleşen polistiren yönteminin üstünlükleri: Modelin kalıptan çıkarılması gerekmez Geleneksel yaş kum kalıptaki gibi iki yarı kalıp gerekmediğinden, kalıp yapımı basitleşir ve hızlanır Zayıflıkları: Her döküm için yeni bir model gerekir Yöntemin ekonomikliği, büyük oranda model yapım maliyetine bağlıdır 33
Genleşen Polistiren Yöntemi Uygulamaları: Otomobil motorlarının dökümünde seri üretim Otomatikleştirilmiş ve entegre edilmiş imalat sistemlerinin kullanımında: 1. Polistiren köpük numuneler kalıplanır ve daha sonra 2. İlerleyen döküm işlemine doğru beslenir 34
Hassas Döküm (Kayıp Mum Yöntemi) Kalıbı yapmak için mumdan yapılan bir model, refrakter malzemeyle kaplanır ve daha sonra erimiş metal dökülmeden önce eritilerek uzaklaştırılır Hassas" kelimesi, mum modelin çevresine refrakter malzemenin kaplanmasını belirten, daha az kullanılan tamamen kaplanmış ifadesinin yerine geçmiştir Yüksek doğruluğa ve kesin detaylara sahip dökümler üretebilir 35
Hassas Döküm Mum yolluk Mum model Şekil 11.8 Hassas dökümün aşamaları: (1) mum modeller oluşturulur, (2) birkaç model, bir model salkımı oluşturmak üzere birbirine tutturulur 36
Hassas Döküm Şekil 11.8 Hassas dökümün aşamaları: (3) model salkımı,önce seramik çamuruna batırılır ardından seramik tozlarına tutulur, (4) Yeterli kalınlığa gelene kadar işlem tekrarlanarak kurumaya bırakılır 37
Hassas Döküm Isı Mum Şekil 11.8 Hassas dökümün aşamaları: (5) kalıp ters çevrilir ve mumun kalıp boşluğundan eriyerek akması içinbir etüvde ısıtılır, (6) kalıp, yüksek bir sıcaklığa ön tavlanır, erimiş metal dökülür ve katılaşır 38
Hassas Döküm Şekil 11.8 Hassas dökümün aşamaları: (7) kalıp kırılarak bitmiş döküm çıkarılır ve parçalar yolluktan ayrılır 39
Hassas Döküm Şekil 11.9- Hassas dökümle elde edilmiş, 108 ayrı kanatçıklı yekpare bir kompresör statoru 40
Üstünlükleri ve Zayıflıkları Hassas dökümün üstünlükleri: Yüksek derecede karmaşıklığa ve boyutsal doğruluğa sahip parçalar dökülebilir Dar boyutsal toleranslar ve yüksek yüzey kalitesi Mum genellikle tekrar kullanım için geri kazanılabilir Normal olarak ilave talaş kaldırma gerekmez bu yöntem bir net şekil yöntemidir Zayıflıkları Çok sayıda işlem adımları gerekir. yavaş proses Nisbeten pahalı yöntemdir Mekanizasyonu zor 41
Alçı Kalıba Döküm Kum kalıba benzer ancak kalıp (alçı Plaster of Paris CaSO 4-2H 2 O) den yapılır Kalıp yapımında, alçı ve su karışımı, plastik veya metal modelin üzerine dökülür ve sertleşmesi beklenir Ahşap modelleri, suyla temas ettiklerinde genleştiklerinden genellikle kullanılmaz Alçı karışımı, ince detayları ve yüksek yüzey kalitesi oluşturarak modelin çevresinde kolayca akar ve sıkıştırma gerekmediğinden narin ( mum) ve yumuşak model malzemeleri kullanılabilir 42
Üstünlükleri ve Zayıflıkları Alçı kalıba dökümün üstünlükleri: Yüksek doğruluk ve yüzey kalitesi İnce kesitlerin yapılabilmesi Kesit farklılıkları sorun oluşturmaz Yüzeyler çok düzgün Zayıflıkları: Döküm sırasında problem oluşturabilen nemin uzaklaştırılması için kalıbın kurutulması gerekir Eğer aşırı kurutulursa kalıp dayanımı kaybolur Alçı kalıplar yüksek sıcaklıklara dayanamaz, bu nedenle düşük erime sıcaklığına sahip alaşımlarla sınırlıdır (1200 o C) 43
Seramik Kalıba Döküm Alçı kalıba döküme benzer; ancak kalıp, alçıya göre daha yüksek sıcaklıklara dayanabilen refrakter seramik malzemeden yapılır Dökme çelik, dökme demir ve diğer yüksek sıcaklık alaşımlarının dökümünde kullanılabilir Metal dökümü hariç, uygulamaları alçı kalıba döküme benzer Üstünlükleri de (yüksek doğruluk ve yüzey kalitesi) benzerdir Çok pahalıdır 44
Seramik Kalıba Döküm 1. Sıvı seramiğin dökülmesi 2. Yaş kalıbın çıkarılması 3. Yakma 45
Kalıcı Kalıba Döküm Yöntemleri Bozulabilir kalıba dökümün zayıflığı: her döküm için yeni bir kalıp gerekir Kalıcı kalıba dökümde, kalıp pek çok kez yeniden kullanılabilir Yöntem türleri: Kokil (Metal) kalıba döküm Basınçlı döküm Savurma (santrifüj) döküm 46
Kokil (Metal) Kalıba Döküm Yöntemi Kolay ve hassas şekilde açılıp kapatılabilen biçimde tasarlanmış, iki parçalı bir metal kalıp kullanır Düşük erime sıcaklığına sahip alaşımların dökümünde kullanılan kalıplar genellikle çelik veya dökme demirden yapılır Çelik dökümü için kullanılan kalıplar, çok yüksek döküm sıcaklıkları nedeniyle refrakter malzemeden yapılmalıdır 47
Kokil Kalıba Döküm Kalıbı açıp kapatmak için hidrolik silindir Hareketli kalıp bölümü Sabit kalıp bölümü Püskürtme nozulu Şekil 11.10 Kokil kalıba dökümde aşamalar: (1) kalıp ön tavlanır ve kalıp ayırıcı bir sıvı ile yağlanır 48
Kokil Kalıba Döküm Kalıp boşluğu Maça Şekil 11.10 Kokil kalıba dökümde aşamalar: (2) maçalar (kullanılıyorsa) yerleştirilir ve kalıp kapatılır, (3) erimiş metal, içinde katılaşacağı kalıba dökülür. 49
Üstünlükleri ve Zayıflıkları Kokil kalıba dökümün üstünlükleri: Yüksek boyutsal kontrol ve yüzey kalitesi Soğuk metal kalıbın yol açtığı hızlı soğuma, ince taneli bir yapı oluşmasını sağlar, böylece dökümler daha dayanıklı olur Zayıflıkları: Genel olarak düşük sıcaklıkta eriyen metallerle sınırlıdır Kalıbın açılması gerektiğinden, kum döküme göre daha basit geometriler dökülebilir Yüksek kalıp maliyeti 50
Kokil Kalıba Dökümün Uygulamaları Yüksek kalıp maliyeti nedeniyle, yöntem yüksek üretim miktarlarına ekonomik olur ve buna göre otomatize edilebilir Tipik parçalar: otomotiv pistonları, pompa gövdeleri ve belirli uçak ve roket dökümleri Yaygın dökülebilen metaller: alüminyum, magnezyum, bakır esaslı alaşımlar ve dökme demir 51
Basınçlı Döküm Erimiş metalin yüksek basınç altında kalıp boşluğuna enjekte edildiği bir metal kalıba döküm yöntemi Basınç, katılaşma süresince devam eder ve ardından kalıp açılarak parça çıkarılır (7-140MPa) Bu döküm işlemindeki kalıplar basınçlı döküm kalıbı (die) olarak adlandırılır ve bu nedenle adı basınçlı dökümdür (die casting) Metali kalıp boşluğuna zorlamak için yüksek basınç kullanılması, bu yöntemi diğer kalıcı kalıba döküm yöntemlerinden ayırır ve bu sayede ince kesitler tam olarak dolar 52
Basınçlı Döküm Makinaları Sıvı metal kalıp boşluğuna zorlanırken, iki kalıp yarısını uygun şekilde yakın ve kapalı tutacak biçimde tasarlanırlar İki temel türü: 1. Sıcak hazneli makina 2. Soğuk hazneli makina 53
Sıcak Hazneli Basınçlı Döküm Metal, bir kap içinde eritilir ve bir piston, metali yüksek basınç altında metal kalıba enjekte eder Yüksek üretim hızları Saatte 500 parça yapılması mümkündür Uygulamaları, silindir-pistonu ve diğer mekanik bileşenleri kimyasal olarak etkilemeyen, düşük sıcaklıkta eriyen metallerle sınırlıdır Döküm metalleri: çinko, kalay, kurşun ve magnezyum 54
Sıcak Hazneli Basınçlı Döküm Şekil 11.13 Sıcak hazneli döküm çevrimi: (1) kalıp kapalı ve piston gerideyken, erimiş metal hazneye doğru akar 55
Sıcak Hazneli Basınçlı Döküm Şekil 11.13 Sıcak hazneli döküm çevrimi: (2) zımba haznedeki metali kalıbın içine akmaya zorlar ve soğuma ve katılaşma sırasında basıncı sürdürür 56
Soğuk Hazneli Basınçlı Döküm Makinası Erimiş metal, Bekletme potasından bir kepçe ile kalıp boşluğunu doldurmaya yetecek kadar alınıp ısıtılmamış hazneye dökülür ve bir piston metali yüksek basınç altında kalıp boşluğuna enjekte eder Dökümün elle yapılan aşamaları nedeniyle, genellikle sıcak hazneli makinalardaki kadar yüksek olmayan üretim hızı Döküm metalleri: alüminyum, pirinç ve magnezyum alaşımları Sıcak hazneli yöntemin avantajları, düşük erime sıcaklığına sahip alaşımlarla sınırlıdır (çinko, kalay, kurşun) 57
Soğuk Hazneli Basınçlı Döküm Şekil 11.14 Soğuk hazneli basınçlı döküm çevrimi: (1) kalıp kapalı ve piston gerideyken erimiş metal hazneye dökülür 58
Soğuk Hazneli Basınçlı Döküm Şekil 11.14 Soğuk hazneli dökümde çevrim: (2) Piston hareket ettirilerek metali kalıp boşluğuna akmaya zorlarken soğuma ve katılaşma sırasında basıncı sürdürür 59
Basınçlı Döküm Kalıpları Genellikle takım çeliğinden, kalıp çeliğinden veya maraging çeliğinden yapılır Dökme çelik ve dökme demirin kalıplanması için Tungsten ve Molibdenli (yüksek refrakter kaliteleri) kullanılır Açıldığında parçayı çıkarmak için çıkarıcı pimler gerekir Yapışmayı önlemek için kalıp boşluğuna yağlayıcıların püskürtülmesi gerekir Sabit sıcaklıkta çalışma için gerektiğinde ısıtılabilir yada suyla soğutulur. 60
Üstünlükleri ve Zayıflıkları Basınçlı dökümün üstünlükleri: Yüksek üretim miktarları için ekonomik Yüksek boyutsal doğruluk ve yüzey kalitesi İnce kesitlerin oluşturulması mümkün Hızlı soğuma, döküme ince tane boyutu ve yüksek dayanım sağlar Zayıflıkları: Genellikle düşük erime sıcaklığına sahip metallerle sınırlıdır Parça geometrisinin dökülen parçanın kalıptan kolaylıkla çıkarılabilmesi gerektiğinden çok karmaşık olmaması gerekir 61
Savurma (Santrifüj) Döküm Merkezkaç kuvvetinin erimiş metali metal kalıbın dış bölgelerine dağıtabilmesi için kalıbın yüksek hızla döndürüldüğü, yaygın bir döküm yöntemi Bu gruptaki yöntemler: Gerçek savurma döküm Yarı savurma döküm Savurmalı döküm 62
Gerçek Savurma Döküm Erimiş metal, boru benzeri dönel simetrik bir parça üretmek için dönen kalıbın içine dökülür Yüksek hızda dnmenin sağladığı merkezkaç kuvvetler sıvı metalin kalıp iç cidarına homojen olarak dolmasını ve kalıbın iç şeklini almasını sağlar Parçalar: borular, tüpler, burçlar ve halkalar Dökümün dış yüzeyi yuvarlak, oktagonal, hegzagonal vs. olabilir; ancak içi şekli, radyal simetrik kuvvetler nedeniyle (teorik olarak) mükemmel yuvarlaklıktadır Dönme ekseni yere paralel dik yada yatık olabilir 63
Gerçek Savurma Döküm Kalıp Serbest merdane Kalıp Dökme potası Tahrik makarası Önden görünüş Yandan görünüş Figure 11.15 Gerçek savurma döküm ile boru döküm ekipmanı. 64
Yarı Savurma Döküm Savurma kuvveti, borusal parçalar yerine dolu dökümler üretmek için kullanılır Kalıplar, merkezden metal besleyecek besleyicilerle birlikte tasarlanır Dökümdeki metalin yoğunluğu, dönüş merkezine oranla dış kesitlerde daha büyüktür Çoğunlukla, kalitenin en düşük olduğu kısım olan, dökümün merkezi talaşlı işlenerek uzaklaştırılan parçalarda kullanılır Örnekler: tekerlekler ve makara 65
Yarı Savurma Döküm Döküm ağzı Derece Üst derece Döküm Alt derece Döner tabla Şekil 11-16. Savurmalı döküm yöntemi 66
Savurmalı Döküm Kalıplar, parça boşlukları dönme ekseninden uzak olacak şekilde tasarlanarak erimiş metalin merkezkaç kuvvetiyle bu kalıp boşluklarına dağıtılabileceği şekilde dökülür Küçük parçalar için kullanılır Diğer savurma döküm yöntemlerinde olduğu gibi parçanın radyal simetrik olması gerekmez 67
Savurmalı Döküm Şekil 11-17. (a) Savurmalı döküm yöntemi merkezkaç kuvveti metalin dönme ekseninden uzaklaşarak kalıp boşluklarına akmasına neden olur; (b) döküm parça 68
Döküm İşlemlerinde Kullanılan Ocaklar Dökümhanelerde en yaygın kullanılan ocaklar şunlardır: Kupol ocakları Doğrudan yakıt yakan ocaklar Potalı ocaklar Elektrik ark ocakları Endüksiyon ocakları 69
Kupol Ocakları Tabanına yakın yerde döküm ağzı olan dikey silindirik ocaklardır Sadece dökme demir için kullanılırlar Diğer ocaklar da kullanılmasına rağmen, en büyük tonajlı dökme demirler kupol ocağında eritilir Demir, kok kömürü, kireçtaşı ve diğer muhtemel alaşımları içeren şarj, kupol yüksekliğinin yarısından daha aşağıya yerleştirilen bir şarj kapısından üst üste tabakalar halinde yüklenir Alt bölümde bulunan pencerelerden(tüyer) basınçlı hava üflenerek tutuşturulmuş kokun yanması hızlandırılır. Eriyerek kok yatağına süzülen sıvı demir belli aralıklarla dökme kanalından alınır 70
Şekil 11-18. Kupol ocağının kesiti Yükleme kapısı Yükleme zemini İç yüzey Dış yüzey Refrakter kaplama Şarj Üfleyici Çelik kabuk Hava kanalı Curuf Curuf kanalı Kum zemin Ayaklar Dökmeye hazır erimiş metal Tapa Dökme kanalı 71
Potalı Ocaklar Metal, yanan yakıt karışımı ile doğrudan temas etmeden erir Çık eskiden beri kullanılan basit yapılı ocaklardır Kap (pota), refrakter malzemeden (grafit SiC veya yüksek alaşımlı çelikten yapılır Bronz, pirinç ve çinko ve alüminyum alaşımları gibi demirdışı metaller için kullanılır Dökümhanelerde üç türü kullanılır: (a) Kaldırmalı tip, (b) sabit, (c) Devrilebilen potalı ocak 72
Potalı Ocaklar Kapak Kaldırmalı pota Dökme ağzı Çelik kabuk Potalı fırın Kapak Eğme kolu Yakıt Yakıt Çerçeve Yakıt Destek bloğu Refrakter kaplama Şekil 11.19 Potalı ocakların üç türü: (a) kaldırmalı pota, (b) erimiş metalin kepçeyle alınması gereken sabit tip, ve (c) Devrilen potalı ocak. 73
Elektrik Ark Ocakları Şarj, bir elektrik arkının ürettiği ısı tarafından eritilir Yüksek güç tüketimi vardır, Elektrik ark ocakları yüksek eritme kapasiteleri için kullanılır (25-50 ton/saat) Öncelikle çelik eritme için kullanılır İki yada üç elektrotlu tipleri vardır Hemen her kapasitede bulmak mümkün Temiz ve özelliklerin kontrolu kolay Yüksek sıcaklık(3000 o C) 74
Elektrotlar Çatı (kaldırılabilir) Refrakter kaplama Curuf deliği Erimiş çelik Dökme ağzı Çeliği Metali dökmek için eğme yönü için eğme yönü Devirme mekanizması Şekil 6.9 Çelik üretimi için elektrik ark ocağı 75
Endüksiyon Ocakları Metal içinde manyetik alan oluşturmak için bir bobinden geçen alternatif akım kullanır Endüklenen akım, hızlı ısıtma ve eritme sağlar Elektromanyetik kuvvet alanı, ayrıca sıvı metalde karıştırma etkisi oluşturur Metal, ısıtıcı elemanlarla temas halinde olmadığından, yüksek kalitede ve saflıkta erimiş metaller üretmek için ortam sıkı şekilde kontrol edilebilir Erimiş çelik, dökme demir ve alüminyum alaşımları, döküm işlerindeki yaygın uygulamalardır 76
Endüksiyon Ocağı Kapak Erimiş metal (Oklar karıştırma etkisini göstermektedir) Bakırdan mamul endüksiyon bobinleri Refrakter malzeme Şekil 11.20 Endüksiyon ocağı 77
Kepçeler Kren kancası Erimiş metalin, eritme fırınından kalıba sevki, bazen potaları kullanarak yapılır Transfer, daha çok da, kepçeler yardımıyla yapılır Dökme ağzı Devirme için dişli kutusu Üstten görünüş Döndürme kolu Tutamaklar Önden görünüş Şekil 11.21 İki yaygın kepçe türü: (a) kren kepçe ve (b) iki kişiyle taşınan kepçe 78
Katılaşmadan Sonraki İlave Aşamalar Budama Maçanın çıkarılması Yüzey temizliği Muayene Tamir (gerekirse) Isıl işlem 79
Budama Düşey ve yatay yollukların, besleyicilerin, ayırma yüzeyi çapaklarının, maça desteklerinin ve diğer fazla metalin döküm parçadan uzaklaştırılması Gevrek döküm alaşımlarda ve kesiti nisbeten küçük olanlarda, fazlalıklar kırılarak uzaklaştırılabilir Aksi halde, çekiçleme, kesme, el testeresiyle kesme, bantlı testereyle kesme, taşlama ve değişik alevle kesme yöntemleri kullanılır 80
Maçanın Çıkarılması Maça kullanılmışsa, bunların uzaklaştırılması gerekir Çoğu maça bağlayıcı içerir ve bağlayıcı tahrip olduğundan, dökümden dökülerek çıkarlar Bazı durumlarda, dökümü elle veya mekanik olarak sarsarak çıkarılabilir Nadiren de, maçalar, bağlayıcı maddeyi kimyasal olarak çözerek uzaklaştırılır Katı maçalar çekiçlenmeli veya presle itilmelidir 81
Yüzey Temizliği Döküm yüzeyinden kumun temizlenmesi ve yüzey görünümünün iyileştirilmesi Temizleme yöntemleri: aşındırıcı içinde titreşim, kaba kum taneleri veya metal bilyelerle hava püskürtme, tel fırçalama, silme ve kimyasal dağlama Yüzey temizleme, kum döküm için çok önemlidir Çoğu kalıcı kalıba dökümde bu adımdan kaçınılabilir Dökümde hatalar olabilir ve bunların varlığının ortaya çıkarılması için muayeneye gerek vardır 82
Isıl İşlem Özelliklerini geliştirmek için döküm parçalara genellikle ısıl işlem uygulanır Bir döküme ısıl işlem uygulama nedenleri: Talaş kaldırma gibi sonraki işlemler için Parçanın servisteki uygulaması için istenen özelliklerin kazandırılması için İç yapısal bozuklukları gidermek 83
Döküm Kalitesi Döküm işleminde, üründe kalite hatalarıyla sonuçlanacak pek çok yanlış şey yapma olasılığı vardır Hatalar aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir: Tüm döküm yöntemlerinde görülebilecek yaygın hatalar Kum döküm işlemiyle ilgili hatalar 84
Genel Hatalar: Eksik Döküm Kalıp boşluğu tamamen dolmadan katılaşan bir döküm Kalıp Eksik döküm Kalıp Şekil 11.22 Dökümdeki bazı yaygın hatalar: (a) eksik döküm 85
Genel Hatalar: Soğuk Birleşme Metalin iki parçası birlikte akar ancak erken katılaşma nedeniyle soğuk birleşme hatası oluşur Soğuk birleşme Kalıp Maça Şekil 11.22 Dökümlerdeki bazı yaygın hatalar: (b) soğuk birleşme 86
Genel Hatalar: Soğuk Yapışma Döküm sırasında metal zerrecikleri ve katı taneler oluşur ve döküm içinde kalırlar Soğuk yapışmalar Kalıp Şekil 11.22 Dökümlerdeki bazı yaygın hatalar: (c) soğuk yapışma 87
Genel Hatalar: Çekme Boşlukları En son katılaşan bölgesinde bulunabilecek sıvı metal miktarını azaldığından katılaşma büzülmesinin neden olduğu yüzey çökmesi veya iç boşluk Çekme boşluğu Kalıp Şekil 11.22 Dökümlerdeki bazı yaygın hatalar: (d) çekme boşluğu 88
Kum Döküm Hataları: Gaz Boşluğu Döküm sırasında döküm gazlarının çıkışının katılaşma başlamadan tamamlanmamasının neden olduğu balon şeklindeki gaz boşlukları Gaz boşluğu Kalıp Şekil 11.23 Kum dökümlerdeki yaygın hatalar: (a) gaz boşluğu 89
Kum Döküm Hataları: Gözenekler Döküm yüzeyinde veya yüzeyin hemen altında çok sayıda küçük gaz boşluğunun oluşumu Gözenekler Kalıp Şekil 11.23 Kum dökümlerdeki yaygın hatalar: (b) gözenekler 90
Kum Döküm Hataları: Penetrasyon Sıvı metalin akıcılığı yüksek olduğunda, döküm yüzeyinin kum taneleri ve metal karışımı içermesine neden olacak şekilde, kum kalıp veya maçanın içine nüfuz edebilir Penetrasyon Şekil 11.23 Kum dökümlerdeki yaygın hatalar: (e) penetrasyon 91
Kum Döküm Hataları: Kalıp Kayması Üst ve alt derecelerin birbirine göre yana kaymasının neden olduğu, döküm parçanın ara yüzeyindeki bir kademe Üst derece Üst derece, alt dereceye göre kaymıştır Ayırma yüzeyi Alt derece Şekil 11.23 Kum dökümlerdeki yaygın hatalar: (f) kalıp kayması 92
Kum Döküm Hataları: Çökme Yaygın büzülme boşluğu Maça Şekil 11.24 Kum dökümlerdeki çökme ve önlenmesi: (a) yaygın görülen büzülme boşluğu, boşluğun olmaması halinde yüzeydeki çökme ve (c) maça kullanımıyla çökmenin önlenmesi 93
Dökümhanede Muayene Yöntemleri Eksik dolgu, soğuk yapışma ve diğer ciddi yüzey hatalarının ortaya çıkarılması için görsel muayene Toleransların karşılandığını göstermek için boyut ölçümleri Dökme metalin kalitesiyle ilgili, metalurjik, kimyasal, fiziksel ve diğer testler 94
Döküm Metalleri Çoğu ticari dökümler, saf metallerden ziyade alaşımlardan yapılır Alaşımlar genelde kolay dökülür ve ürün özellikleri daha iyidir Dökme alaşımları aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir: Demir esaslı Demir dışı 95
Demir Esaslı Döküm Alaşımlar: Dökme Demir Tüm döküm alaşımlarının en önemlisi Dökme demir dökümlerin tonajı, çoğunlukla diğer tüm metallerin toplamının birkaç katıdır Bazı türleri: (1) kır dökme demir, (2) küresel dökme demir, (3) beyaz dökme demir, (4) temper dökme demir ve (5) alaşımlı dökme demirler Tipik dökme sıcaklıkları 1400 C (bileşime bağlıdır) 96
Demir Esaslı Döküm Alaşımları: Çelikler Çeliğin mekanik özellikleri, onu aranan bir mühendislik malzemesi yapar Karmaşık geometrilerin oluşturulma kabiliyeti, dökümü çok kullanılan bir şekillendirme yöntemi haline getirmiştir Çeliğin dökümündeki zorluklar: Çeliğin döküm sıcaklığı, diğer çoğu metalden daha yüksektir 1650 C Bu sıcaklıklarda çelik kolayca oksitlenir; bu nedenle erimiş metalin havadan izole edilmesi gerekir Erimiş çelik nisbeten düşük akıcılığa sahiptir 97
Demirdışı Döküm Alaşımları: Alüminyum Genellikle kolay dökülebilir olarak bilinir Alüminyumun düşük erime sıcaklığı nedeniyle, dökme sıcaklıkları düşüktür T m = 660 C Özellikleri: Hafif yapı Isıl işlemlerle dayanım özelliklerinin değiştirilebilmesi Talaş kaldırma kolaylığı 98
Demirdışı Döküm Alaşımları: Bakır Alaşımları Bronz, pirinç ve alüminyum bronzu türleri vardır Özellikleri: Korozyon direnci İyi görünüm Yüksek yataklama kalitesi Zayıflığı: bakırın yüksek maliyeti Uygulamaları: boru ek parçaları, tekne uskur kanatları, pompa elemanları, süs eşyaları 99
Demirdışı Döküm Alaşımları: Çinko Alaşımları Yüksek dökülebilirlik, basınçlı dökümde yaygın kullanım Düşük erime sıcaklığı çinkonun erime sıcaklığı T m = 419 C Döküm kolaylığı için iyi akıcılık Özellikleri: Düşük sürünme dayanımı, bu nedenle dökümler uzun süreli yüksek gerilmelere maruz bırakılamaz 100
Ürün Tasarım Prensipleri Geometrik basitlik: Döküm, karmaşık parça geometrilerinin oluşturulmasında kullanılabilmesine rağmen, parça tasarımında basitlik, genellikle dökülebilirliği arttırır Gereksiz karmaşıklıktan kaçınılması: Kalıp yapımını basitleştirir Maça ihtiyacını azaltır Dökümün dayanımını arttırır 101
Ürün Tasarım Prensipleri Döküm parçalardaki köşeler: Gerilme odağı olduklarından ve sıcak yırtılma ve çatlamalara neden olabileceklerinden, keskin köşe ve açılardan kaçınılmalıdır İçköşelerde büyük radyüslü köşe dolguları tasarlanmalı ve keskin kenarlar yuvarlaklaştırılmalıdır 102
Ürün Tasarım Prensipleri Yüzey eğimi kılavuzları: Genleşebilen kalıba dökümde yüzey eğimi, modelin kalıptan çıkarılmasını sağlar Eğim = 1 (kum döküm için) Kalıcı kalıba dökümde amaç, parçanın kalıptan çıkarılmasına yardımcı olmaktır Eğim = 2 to 3 (kalıcı kalıba döküm yöntemleri için) Eğer dolu maçalar kullanılıyorsa, benzer eğimler sağlanmalıdır 103
Yüzey Eğim Toleransı Parça tasarımındaki küçük değişiklikler, maça ihtiyacını azaltabilir Şekil 11.25 Bir maça kullanımına ihtiyacı ortadan kaldıran tasarım değişikliği: (a) orijinal tasarım ve (b) yeni tasarım. 104
Ürün Tasarım Prensipleri Boyut Toleransları ve Yüzey Kalitesi: Yönteme bağlı olarak dökümde boyutsal doğruluklarda önemli farklara ve yüzey kalitelerine ulaşılabilir: Kum dökümde kötü boyutsal doğruluklar ve yüzey kalitesi Basınçlı ve hassas dökümde yüksek boyutsal doğruluklar ve yüzey kalitesi 105
Ürün Tasarım Prensipleri Talaş Kaldırma Toleransları: Kum dökümde gerekli boyutlara ve parça özelliklerine ulaşmak için hemen tüm dökümlerin talaşlı işlenmesi gerekir Döküm üzerinde, talaş kaldırmanın gerekli olduğu tüm yüzeylerde, Talaşlı işleme toleransı olarak adlandırılan ilave malzeme bırakılır Kum dökümler için tipik talaşlı işleme toleransları 1.5 ile 3 mm arasındadır 106